Электрические печи
В таких плавильных печах электрическая энергия превращается в тепловую. Топливо здесь не нужно. Раз нет топлива, не нужен и подвод дутья, не нужны вентиляторы или воздуходувки. В электропечах отсутствуют процессы горения топлива, не образуются продукты горения (дым), не нужны дымовые трубы.
В литейном производстве для плавки чугуна и стали применяют электрические печи двух видов: дуговые и индукционные.
В дуговых электропечах теплота выделяется за счет электрической дуги (открытой русским профессором В. В. Петровым еще в 1802 году).
Ток большой силы и низкого напряжения пропускается через два или три электрода так, что между концами электродов вспыхивает электрическая дуга. В центре дуги возникает очень высокая температура — до 3000° С. Дуга может гореть над металлом, нагревая его сверху, или пропускаться через металл. В такой печи можно расплавить и перегреть не только чугун, но и сталь. В металл дуговых печей можно смело вводить даже самые тугоплавкие добавки, не опасаясь того, что они не расплавятся.
Сама по себе электропечь (рис. 7) по конструкции не намного сложнее вагранки, но для дуговых печей требуются трансформаторы для понижения напряжения тока и увеличения его силы. Нужны гибкие кабели, электроды, электрододержатели, механизмы подъема электродов, механизмы регулировки их положения.
Дуговые печи более сложны в эксплуатации, на их строительство требуется значительно больше капитальных затрат, а выплавленный в них чугун оказывается более дорогим, чем ваграночный.
Рис. 7. Схема устройства дуговой электропечи для плавки чугуна и стали:
1 — футеровка пода кирпичом; 2 —летка для выпуска жидкого металла; 3 — шихтовые материалы; 4 — кожух печи; 5 — задняя стенка; 6 — свод печи; 7 — гибкие кабели для подвода тока; 8— электрододержатели; 9 — электроды; 10 — рабочее окно; 11— механизм наклона печи; 12 — подина
Рис. 8. Индукционная плавильная печь тигельного типа и последовательность операций при плавке:
1 — образование вихревых токов в металле; 2 — скачивание шлака; 3— выпуск металла в ковш; 4 — слив остатков после выпуска металла
Другой вид электропечей для плавки чугуна, стали и цветных сплавов, — индукционные электропечи (рис. 8). В них тоже электрическая энергия превращается в тепловую, но иным путем.
Индукционная печь — это своего рода трансформатор, имеющий первичную и вторичную обмотки. Если по первичной обмотке пропускать электрический ток, то вокруг нее образуется электромагнитное поле, которое возбуждает (индуктирует) вихревые токи во вторичной обмотке. Если в электромагнитное поле вместо вторичной обмотки поместить тигель с загруженным в него металлом, то вихревые токи будут возникать в металле. Чем больше сопротивление прохождению электрического тока в тигле, тем больше электрическая энергия будет превращаться в тепловую. Чем больше частота тока, тем легче происходит это превращение.
Индукционные печи проще дуговых, но для них требуется дорогое электрооборудование. На рис. 9 приведена схема устройства индукционной печи канального типа. Здесь вихревые токи возникают не во всем объеме печи, а только в каналах под подом.
Главные достоинства индукционных печей: легкость управления, возможность достичь высокой температуры, быстрый нагрев, равномерность температуры металла во всем объеме.
Большим преимуществом индукционных печей является и то, что они не выбрасывают в атмосферу пыль и газы. Санитарные условия их обслуживания более благоприятны. Такие печи могут работать в жилых районах, не причиняя вреда окружающей среде.
Однако производительность индукционных печей пока меньше, чем вагранок. Работают они прерывисто. Металл из них выдается по окончании каждой плавки. Вагранки же практически выдают металл непрерывно, что очень важно для современных автоматических формовочных линий.
При плавке цветных металлов такая высокая температура, как для чугуна и стали, не нужна. Для плавки олова, цинка, свинца, магния и алюминия наряду с дуговыми печати нередко используют электропечи иного типа — печи сопротивления. В них также электрическая энергия превращается в тепловую, но другим путем. В электрическую цепь включают металлическую спираль или пластины с низкой электрической проводимостью. Большое сопротивление прохождению электрического тока вызывает нагрев спиралей или пластин. Этот метод хорошо знаком всем по бытовым электроплиткам, электрочайникам и электроутюгам. Но в печах сопротивления применяют не тонкие нихромовые спирали, а довольно толстые пластины из того же нихрома. Плавка в таких печах обходится дешевле, но пластины довольно часто выходят из строя и требуют замены.
Рис. 9. Индукционная плавильная печь канального типа:
1 — верхняя часть печи; 2 — нижняя часть печи: 3 — магнитная система печи; 4 — первичная обмотка трансформатора; 5 — канал с жидким металлом; 6 — защитный водоохлаждаемый экран; 7 — механизм подъема крышки